金属工艺学(7).ppt

1,金属工艺学,主讲马中全副教授,,实习学时60实验学时6讲课学时26,山东建筑大学工程训练中心,2,,,金属工艺学,,,,,马中全,3,绪论,★世界四大材料钢铁、木材、塑料、水泥如生产一根“轴”,★材料分金属材料、非金属材料、复合材料,金属材料指钢铁、有色金属等材料,非金属材料无机高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料---玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。,★现在新材料----纳米材料、智能材料,4,★材料按物质结构不同分金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料、复合材料★材料按用途不同分机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料★材料按功能不同分结构材料、功能材料、磁性材料等,5,材料发展概括,,▲天工开物明朝科学家宋应星箸,▲石器时代,,陶器时代,,铜器时代,司母戊鼎（公元前1116世纪）11307801100,战国编钟（前475221年）65个总重2500Kg,天然石，兽骨，树枝,泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具）,,铁器时代沧州大狮（公元953年）重50T,长5.3m,宽3m,,人工复合材料,塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等,本草纲目,农政全书,李时珍,徐光启,★智能材料,6,,,,沧州铁狮铸造于公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约40吨,,7,本课程的性质和目的,2、目的,a获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。,c具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。,d为后续课程和从事技术工作打下基础。,1、性质,特点杂，多，广，逻辑性差。,本课学习方法是预习、笔记、复习、讨论问题本教材的重点常见的材料牌号及应用，钢的热处理,,8,第一章金属材料的力学性能,Mechanicspropertiesofmetals,金属材料的性能,〈,使用性能力学、物理、化学,工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工,力学性能受外力作用下所表现出的性能。不能说机械性能,判据如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等,第一节强度与塑性,一、强度strength,,概念强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。通过拉伸试验测得大小。见教材P5,强度判据屈服点（屈服强度）、抗拉强度,9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L0,LK,,d0,,拉断前试样,拉断后试样,试样按GB639786制取，分长试样L010d0,短试样L05d0,说明,,,,,,b,k,s,e,,,,,,,拉伸力F,O,伸长量△L,Fs,Fb,Fe,低碳钢的力伸长曲线,,,F,F,,,10,说明单位面积上的内力称应力。读[sigm],L长度Length单位mm,A截面积Area单位mm2,F外力Force单位N,s屈服点的值单位MPa（兆帕）megapascal,,◆屈服点,概念力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号s表示,◆抗拉强度,概念试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号b表示,,补充bb表示抗弯强度,注s、b是设计与选材的重要依据,另e表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。,11,补充资料GB/T2282002金属材料室温拉伸试验方法规定断后伸长率A表示；断面收缩率Z表示；屈服强度Re表示；抗拉强度Rm表示；此规定代替GB228---87，从2002年7月执行。,12,二、塑性plasticity,概念在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。,判据断后伸长率、断后断面收缩率,◆断后伸长率Percentageelongationafterfracture,概念试样断后标准的伸长量与标准的百分比。用符号表示，读作[代儿特],,其中Lk断后试样长度Lo试样原始长度,◆断后断面收缩率,概念断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号表示，读作[扑洒哎],说明伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。,、Ψ越大，材料的塑性越好。通常认为0.9后，其HB↑↑，σb、δ、ak↓↓,二、状态图中的特性点、线、区域组织,请打开教材40页，二部分。,42,钢铁力学性能与碳含量WC的关系,,43,特性点见表22,特性线,1、ACD线；,2、AECF线固相线,液相线,（其中AE线是碳钢固线）,3、ECF线共晶转变线L→Ld,4、GS线（又称A3线）,5、ES线（又称Acm线）,6、PSK线共析转变线,A→p,（又称A1线）,44,三、合金的结晶过程分析,亚共析钢,,,,,共析钢,,过共析钢,,,,,,Ⅰ,Ⅰ,Ⅱ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅲ,A,FA,L,,E,AFe3CⅡ,LA,45,三、合金的结晶过程分析,,,,,,,,,,A,E,G,P,Q,S,Fe,,,,,L,A,LA,F,,FA,FP,P,PFe3CⅡ,AFe3CⅡ,0.77,2.11,Ⅰ、共析钢WC0.77,,Ⅰ,●,1,●,2,●,3,P,,Ⅱ、亚共析钢,,Ⅱ,●,1,●,2,●,3,●,4,,,,,,,,,1,,●,●,2,●,3,●,4,●,4,,L,,LA,,A,,FA,,A→P,,PF,冷却曲线,,过共析钢WC1.0,状态图的应用自己看P45,46,※四、碳素钢（简称碳钢）carbon-steel,本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。,GB/T133041991规定钢按化学成分分非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。,非合金钢是指WC0.9后，其HB↑↑，σb、δ、ak↓↓,二、状态图中的特性点、线、区域组织,请打开教材40页，二部分。,77,钢铁力学性能与碳含量WC的关系,,78,特性点见表22,特性线,1、ACD线；,2、AECF线固相线,液相线,（其中AE线是碳钢固线）,3、ECF线共晶转变线L→Ld,4、GS线（又称A3线）,5、ES线（又称Acm线）,6、PSK线共析转变线,A→p,（又称A1线）,79,三、合金的结晶过程分析,亚共析钢,,,,,共析钢,,过共析钢,,,,,,Ⅰ,Ⅰ,Ⅱ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅲ,A,FA,L,,E,AFe3CⅡ,LA,80,三、合金的结晶过程分析,,,,,,,,,,A,E,G,P,Q,S,Fe,,,,,L,A,LA,F,,FA,FP,P,PFe3CⅡ,AFe3CⅡ,0.77,2.11,Ⅰ、共析钢WC0.77,,Ⅰ,●,1,●,2,●,3,P,,Ⅱ、亚共析钢,,Ⅱ,●,1,●,2,●,3,●,4,,,,,,,,,1,,●,●,2,●,3,●,4,●,4,,L,,LA,,A,,FA,,A→P,,PF,冷却曲线,,过共析钢WC1.0,状态图的应用自己看P45,81,※四、碳素钢（简称碳钢）carbon-steel,本内容P101，重点是常见牌号的含义、性能、应用。,GB/T133041991规定钢按化学成分分非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。,非合金钢是指WC0.7，随WC↑，淬透性↓。,118,（3）对力学性能的影响,淬透性好的钢，力学性能高；淬透性差的钢，尤其是心部力学性能底，受力易变形。,二、回火tempering,1、概念淬火后的工件，再加热到A1以下某一温度、保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。,2、目的（1）使工件获得要求的力学性能；（2）稳定工件尺寸；（3）消除或减少内应力；（4）改善工件的切削加工性。,3、回火方法（组织转变、性能、应用）,（1）低温回火（150250℃）lowtemperaturetempering,获得组织M回；5865HRC；用于高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚动轴承钢。,（2）中温回火,119,（2）中温回火（350500）℃；mediumtemperaturtempering,回火后σb、σs较高，内应力消除，ak较好。,回火组织T回；用于弹簧钢制造的弹性件、锻模。,（3）高温回火500650℃；hightemperatuertempering,回火组织S回；特点是综合力学性能好。应用广泛，汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构零件，如轴、齿轮等。,淬火高温回火称调质处理，简称调质。trawn,说明①回火组织与等温冷却转变组织的区别S回、T回是粒状，而S、T是片状；②正火与调质硬度很接近，但结构件一般经调质而不正火后用，因调质综合力学性能好。,120,4、回火脆性一般来讲，随回火温度↑，其σ、HB↓，δ、ak↑，但在250350℃之间其ak↓的现象，称“回火脆性”。碳化物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹。,1、退火、正火、淬火、回火简称“四把火”的概念、工艺、目的、应用。,小结,2、回火后的组织性能、应用如何,作业P74；,121,第五节钢的表面热处理和化学热处理简介,一、表面热处理surfaceheat--treatment,1、概念将工件快速加热，表面达到淬火温度立即淬火（喷水），表面层获得M，而心部保持了原有的韧性、塑性且达到表面耐磨的工艺。,2、应用齿轮、凸轮、套筒、顶杆等，WC0.40.5较好。,3、方法按加热方式不同，分为感应加热和火焰加热,（1）感应加热表面淬火①原理“集肤效应”,122,高频加热200KHZ300KHZ；0.32.5mm,小件；轴；齿轮中频加热1KHZ10KHZ；210mm；较大件，凸轮，曲轴工频加热50HZ；硬度层1020mm；应用大件,②特点a、生产率高，加热速度快；b、淬火后晶粒细、硬度高；c、加热不氧化、不脱碳、不变形；d、有较高疲劳强度；e、缺点是设备投资大。应用大批量生产小件，齿轮等。,（2）、火焰加热,用乙炔氧气混合气体燃烧的火焰。,特点操作简单，效率低；表面层26mm，工作表面严重氧化，质量难以控制。应用单件、小批生产。,第六节化学热处理简介,Thermochemicaltreatment,一、概念是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。,123,二、工艺方法,1、渗碳向工件表面深入碳原子过程，↑WC，渗碳层0.52mm.,（1）目的提高耐磨性；此时心部有良好的韧性；“外强里韧”。,（2）应用低碳钢，低合金钢。,（3）方法气体渗碳，固体渗碳。,（4）热处理渗碳、淬火低温回火。,2、氮化向工件表面渗入活性氮原子形成硬度极高的合金氮化物。,（1）目的提高硬度、耐磨性，提高疲劳强度，耐蚀性。,（2）应用含较高合金元素的钢，V、W、AI、Mo、Cu等,（3）方法离子渗氮氨气,第七节钢的热处理新工艺、新技术P95自己看。,124,本章总结,1、什么是热处理分类；为什么要进行热处理,2、加热、冷却时组织如何转变的冷却速度对组织有何影响,3、“四把火”的概念、工艺、应用，工序安排。,4、何谓表面热处理，化学热处理；机理是什么有何特点，应用如何,作业P76；40，41，42,125,第五章合金钢alloy---steel,一、分类,1、按含合金元素量多少,（1）低合金钢（2）中合金钢（3）高合金钢,W含量10,W含量510,2、按用途分,（1）合金结构钢（2）合金工具钢（3）特殊性能钢,轴、齿轮、钢筋、型钢等,刀具、模具、手用工具等,不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等,二、合金元素在钢中的作用（了解）,1、与铁作用固溶于铁素体中，固溶强化，↑力学性能。,,2、与碳作用①固溶于铁素体；②形成碳化物，↑↑HB、σb.,总的看来在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求。,第一节合金结构钢,一、低合金高强度钢GB/T15911994（原低合金钢）,牌号标出化学元素和含量，含碳量WC,两位数字元素符号数字,,,含元素量的,1.5不标出1.52.5用2表示2.53.5用3表示,,,主加元素,,,WC的万分之几,例如40Cr、60Si2Mn、20CrMnTi,合金元素总量5，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶等。,127,1、成分WC0.2；合金元素强化铁素体。,2、性能良好的δ、ak，较高的σb、σs；,3、钢号、用途P107表54Q295；Q345；Q390；Q420；Q460,常用的是Q345代替旧标准16Mn,4、热处理热轧后，正火状态使用。,二、合金渗碳钢GB307799,1、成分WC0.25；目的保证心部有良好的塑性、韧性。,2、性能良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性↑，σ-1↑，良好的δ、ak，抗冲击。,3、钢号、用途P108表55,统一数字代号20Cr----A20202;20CrMnTi---A26202,128,4、热处理渗碳、淬火低温回火，58HRC62HRC,三、合金调质钢GB/T307799,1、成分Wc0.25--0.50；过高，ak↓；过低，淬不硬，σ不高。,2、性能具有良好的综合力学性能。,3、钢号、用途P109表56代号40Cr---A20402,4、热处理淬火高温回火S回,四、合金弹簧钢GB122284,1、成分Wc0.5---0.7过低，σe不高，屈服比低；过高σ-1、δ、ak↓,2、性能具有高的σb；高的屈强比σs/σb，σ-1、足够的δ、ak,3、钢号、用途P110表57；60Si2Mn,129,4、热处理,（1）冷成形弹簧当d8mm,200250℃去应力退火；淬火中温回火。,五、滚动轴承钢（专用）应用在高速运转中。,1、成分Wc0.95---1.1,目的保证高硬度、耐磨性；加Wcr0.4---1.6，提高淬透性。,2、性能较高的σ-1，HB，σe一定的ak,3、钢号、用途p112,常用的GCr15小型套圈，直径12,,1、铬不锈钢1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，见表513P122,2、铬镍不锈钢1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9,另铁素体不锈钢1Cr17容器，日用品,二、耐磨钢GB568098P1233、,又称“高锰钢”，强烈冲击力作用下发生硬化现象。,如牌号ZGMn131；ZGMn132；等应用防弹板、铁道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。,三、耐热钢P121自己阅,小结作业P78,第六章铸铁castironP124第二节,本章重点铸铁的分类、常用的牌号、应用。,一、什么是铸铁GB561195,一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，称为铸铁。,补充生铁pigiron铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁（Ironmaking工艺，分铸造生铁和炼钢生铁（WSi1.25两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢steelmaking。,特点铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应用广泛。,二、铸铁分类,按碳的存在形式分,1、白口铸铁whitecast--iron,碳以碳化物（Fe3C形式出现。断口银白色，硬而脆；很难切削加工，很少直接用于零件.,2、灰口铸铁graycast--iron,碳以石墨形式出现。断口呈灰色；常用材料。,按石墨的形状不同，又分为,（1）灰铸铁片状石墨（2）球墨铸铁球状石墨（3）可锻铸铁团絮状石墨（4）蠕墨铸铁蠕虫状石墨,3、麻口铸铁mottledcast--iron,碳以Fe3C石墨形式出现。断口白色与灰色之间；此类铸铁脆性很大，很少使用。,,,,,,,白口,,,灰口,麻口,另合金铸铁（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。,第一节铸铁的石墨化及影响因素,一、铸铁石墨化,铸铁中石墨的形成过程称为“石墨化”。,石墨“G”表示，graphite,是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列；性能σ、δ、ak很低，硬度为3HBS；,实践证明,冷却速度快Fe3C冷却速度慢G,二、石墨化影响因素,1、化学成分随C、Si↑→G核↑，有利于G析出；S↑→阻碍G，促进白口化，所以严格控制。,2、冷却速度V↑→原子来不急扩散，G难以进行；易白口。V小易得到灰口。所以设计时合理选择铸件壁厚。,薄件→白口厚大件→灰口,136,第二节灰铸铁graycast,一、成分、组织、性能,1、成分Wc2.63.5；Wsi1.13；Mn0.61.3,2、组织（1）F片状G；（2）FP片状G；（3）P片G,3、性能,（1）力学性能σ压高；σb低；δ、ak较差；,（2）其他性能铸造性好；减振性好；减摩性好；切削加工性好；低的缺口敏感性。,137,二、灰铸铁的牌号、用途,GB943988,牌号HT,,,,σb≥MPa,,,,灰铸铁简称“灰铁”，汉语拼音字母首,如HT150；HT200；见表515P127；主要应用于床身、箱体、底座等。,三、热处理,1、消除应力退火,2、消除白口组织改善切削加工性能退火,3、表面淬火如车床导轨,第三节球墨铸铁nodulargraphitecast--iron,一、成分、组织、性能,1、成分在金属液中加入球化剂稀土镁合金球化处理使G变为球状。,2、组织基体是（F，FP，P）球状石墨G,3、性能较高的σb、σ-1，但δ、ak比钢差。,二、牌号、用途GB134888,牌号QT,,,,δ,,,,σbMPa,,,,球墨铸铁简称球铁（汉语拼音字母字首）,如QT40018；QT6003；见P130表516,球墨铸铁金相组织照片,三、热处理,1、退火,（1）去应力退火（2）石墨化退火低温退火、高温退火两种。,2、正火,3、调质,4、等温淬火,以上方法见教材P132图521；图522；图523；图524生产方法在P130（1）,140,第四节可锻铸铁malleablecast--iron,又称马铁；玛钢,一、成分、生产过程,1、成分Wc2.22.8,Wsi11.8;含碳、硅量低；,2、生产过程首先浇注成白口铸铁件，然后再经过可锻化（石墨化）退火而得到团絮状石墨的可锻铸铁。,据退火后断口颜色不同又分白心可锻铸铁；黑心可锻铸铁；,141,二、性能、牌号、用途,1、性能σ、δ、ak比灰铸铁好，但不能锻造。,2、牌号KTH（或Z）,,,,δ,,,,σb≥MPa,可锻铸铁（可铁）,,珠光体,,黑心（铁素体）,,,,如KTH30006；用湾头、三通管件、阀门。KTZ55004；用于；载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿轮等。见P133表517。GB944088,142,第五节合金铸铁P135四,Alloycast--iron,一、耐蚀铸铁二、耐热铸铁三、耐磨铸铁四、蠕墨铸铁,自己看,,了解其性能特点、应用。,小结1、掌握概念、分类；2、常用铸铁材料的牌号、性能、应用。,作业P8081,143,第七章有色金属及其合金P137,Nonferrousmetals,第一节铝及铝合金,一、纯铝Alaluminium,银白色，轻金属，熔点660℃，面心立方晶格，没有同素异构转变。,1、性能特点,（1）密度ρ小2.72g/cm3；（2）导热、导电性好；（3）抗大气腐蚀（Al2O3膜；（4）塑性、韧性好，易加工成形。（5）无铁磁性；（6）强度较低，应用受限。,2、纯铝牌号GB/T819096,工业纯铝L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7七种，号数越大，纯度越低。从99.798。,144,二、铝合金的分类,按成分及工艺不同,变形铝合金铸造铝合金,,,三、变形铝合金,1、分类、牌号、特点、应用,厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、带材、管材、线材等。,防锈铝合金LF硬铝铝合金LY超硬铝合金LC锻铝铝合金LD,,σ、HB↑；δ、ak↓,GB/T3190---96；见表520；P140,牌号采用国际四位数字符表示；新牌号5A05LF5（代号）；2A11对应代号LY11；7A04LC4等。,（1）防锈铝合金LF,Al---Mg、Al---Mn合金；不能进行热处理强化。,特点耐蚀性、塑性好，抛光性好；适用小件，冲压件。LF5,（2）LY,Al--Mg--Cu合金；通过热处理强化。,特点较高的硬度、强度；但抗蚀性差（在海水）；用铆钉、骨架、隔框等。如LY1、LY11等。,（3）LC,AlCuMgZn合金；热处理强化。,特点强度高，一定的塑性；但抗蚀性差；通过在外边包一层铝锌合金，提高耐磨性。如LC4受力的框架、飞机梁等。,（4）LDAlCuMgSi合金；热处理强化,特点具有良好的锻造性，较高强度、力学性能；在热态下易压力加工。如LD7模锻件、高温下工作结构件。,2、热处理,（1）淬火,获得过饱和的固溶体，获得高的强度、硬度，足够的塑性。,（2）时效,自然时效放在露天中的一种方法。人工时效加热280300℃（退火）目的是消除加工硬化、稳定尺寸.,时效硬化淬火后铝合金随时间延长而发生σ、HB升高的现象，称为时效硬化。,四、铸造铝合金P142表521,147,1、分类、牌号、应用GB/T117395教材142；,四、铸造铝合金,代号ZL,,,,合金顺序号,,,合金类别,,,铸造铝合金,如ZL101，ZL104，ZL202，ZL301，ZL401等,合金类别1AlSi2AlCu3AlMg4Al--Zn,牌号,ZAlSi7Mg----ZL101仪表、壳体等；,ZAlSi9Mg----ZL104汽缸体零件；,ZAlZn6Mg----ZL401压力铸造零件，形状复杂零件。,2、热处理了解内容，自己看,148,第二节铜及其合金,一、纯铜,紫铜，玫瑰红色，表面氧化膜后呈紫色。,1、特点,（1）ρ8.9g/cm3，熔点1083℃；属贵金属。面心晶格,（2）良好的导电性、导热性；,导电性仅次于银,（3）塑性好，易热、冷加工；δ4550,（4）较高的抗蚀性（Cu2O膜,（5）抗磁性可制造磁学仪器、定向仪器等。,2、纯铜牌号GB523185,T1、T2、T3、T4号数越大，纯度越低；T199.95;T499.5;用于电线、电缆，油管、电器开关等件。,149,二、铜合金,白铜青铜黄铜,在纯铜的基础上加入些合金元素构成合金。,CuNi合金；精密件，仪表；如B19等。,CuZn合金,CuSn合金,（一）黄铜brassGB523285,按成分不同分,普通黄铜WZn39特殊黄铜加入Pb、Sn、Al,{,1、普通黄铜,（1）特点颜色随Zn↑，由黄红色→淡黄色；,（2）牌号H,,,,WCu,,黄铜,如；H62；H70；H90等。见P145,2、特殊黄铜,加Si改善铸造性；Al提高强度、硬度、耐蚀性；,Pb提高切削加工性；Sn提高抗海水腐蚀；,见P145；表522；分压力加工特殊黄铜和铸造特殊黄铜两种。,（二）、青铜bronze,一般指CuSn合金，常称锡青铜。,牌号Q主加元素平均含量,如QSn43；有良好的弹性、耐磨性、抗磁性、耐蚀性。应用化工机械、弹性元件。,作业；P81,151,第八章常用非金属材料,教材155页，,第一节高分子材料,高分子材料概念指以高分子化合物（分子量一般在5000以上）为主要组分的材料。常用的有塑料、橡胶、胶粘剂等。,一、塑料plastics,1、塑料的特性,与金属相比，塑料优点①质轻、比强度高；②化学稳定性好；③减摩性、耐磨性好；④电绝缘性优良；⑤消声和吸震性好；⑥成形加工性好，方法简单，生产率高。,152,塑料缺点①强度、刚度底；②耐热性差，易燃烧和易老化；③导热性差，热膨胀系数大。,2、塑料的分类、用途,按加热和冷却时所表现的性质分为热塑性塑料、热固性塑料。,（1）热塑性塑料P164,（2）热固性塑料P166,二、橡胶rubber,1、概念是以生胶为主要原料，加入适量的硫化剂、软化剂、填充剂、防老化剂和骨架材料等制成的材料。,2、特性、分类、用途P1672、表62,153,第二节陶瓷材料potteryandporcelainP171,一、概念,陶瓷是以天然硅酸盐或人工合成无机化合物为原料，用粉末冶金法生产的无机非金属材料。,二、陶瓷特性,优点①硬度极高，耐磨损；②抗压强度高；③耐高温，抗氧化，耐蚀性好。缺点①脆性大，受冲击时医粹裂；②不能受急热急冷。,三、陶瓷的分类、用途P175表66,154,第三节复合材料compoundmaterial,一、概念,复合材料是指由两种或两种以上性质不同的材料，经人工合成的多相固体材料。,二、特性,优点①强度高，抗疲劳性能好；②耐高温、耐蚀性好；③减摩、减振性好；④工艺简单，可以节省原材料和降低成本。缺点①抗冲击性差；②不同方向的力学性能存在较大差异。,三、分类、用途,复合材料分基体相和增强相。基体相起粘结剂作用；增强相起提高强度和韧性作用。,155,复合材料的分类方法很多，如按用途分；按增强材料分；按基体材料分。,常用的复合材料为纤维增强复合材料；层叠复合材料；颗粒复合材料三种。,1、纤维增强复合材料,如玻璃纤维增强复合材料（俗称玻璃钢）是用热固性树脂与纤维复合的一种复合材料；用于船舶壳体，减摩、耐磨零件。,2、层叠复合材料,是由两层或两层以上不同材料复合而成的材料。特点是强度、刚度、耐磨、耐绝热、隔声、减轻自重得到改善。如五合板，塑钢门窗，火车车厢等。,156,3、颗粒复合材料,是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体内所组成的材料。,如将金属粉加入塑料中，成为复合材料；改善导热、导电性能，并且大大提高强度。再如将铅粉加入塑料中，可防γ射线辐射的罩屏。,小结1、常用工程塑料的特点、应用。2、复合材料的特点、应用,157,第九章材料的选用（掌握内容）,第一节选材的一般原则、方法与步骤,一、失效,1、概念指零件在使用过程中，由于某种原因不能工作或虽能继续工作但已失去应有功能的现象，称为该零件失效。,2、失效形式三种（1）断裂失效；（2）过量变形失效；（3）表面损伤失效。,3、失效原因（1）设计方面；（2）选材方面；（3）加工工艺是否合理；（4）安装如何；（5）操作规程。,二、选材原则,1、使用原则从零件工作环境、工作条件，考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能，满足使用要求。,158,2、工艺性能,（1）铸造性能；流动性、收缩性来衡量。铸铁中，灰铸铁好。,（2）锻造性能；塑性变形抗力衡量。低碳钢性能优于高碳钢。,（3）焊接性；铝、铜合金焊接性差，铸铁基本不能焊，钢材可焊。,（4）切削加工性；硬度是否在170HBS230HBS内，高速钢、耐热钢差。,（5）热处理工艺；淬透性，淬火是否变形、开裂。合金钢好于碳钢。一定按工艺要求操作，如加热温度高或低的问题。,3、经济性,考虑材料的价格、成本。,如材料本身价格，碳钢低于合金钢低于有色金属；,加工费用设备简单、工序少、少切削加工，提高经济效益。,在大量生产中，设备寿命、加工质量等，合金钢比碳钢更经济。,159,三、选材方法,1、以综合力学性能为主时的选材,如结构零件轴、杆、套类，承受动、静载荷作用。选中碳钢，中碳合金钢调质处理。,2、以疲劳强度为主时选材,如曲轴，齿轮，弹簧，滚动轴承等承受交变载荷。通过热处理工艺提高性能；合理的零件结构；正确加工方法；减少应力集中。选中碳钢调质或淬火中温回火；高碳钢淬火低温回火；,3、以磨损为主时的选材,两种情况（1）磨损较大，受力较小选高碳钢或高合金钢淬火低回。（2）磨损同时受较大冲击力作用选低碳钢或低碳合金钢渗碳、淬火低回。一般称“外硬而里韧”；如冷冲模，挫、锯；汽车变速齿轮。,160,四、选材步骤,1、分析零件工作条件，提出关键性能要求；,2、同类产品的用材情况比较，进行调查研究；,3、确定零件应具有的力学性能指标；,4、初步选出所用材料的牌号，确定热处理方法，进行强化。,5、对关键性零件投产前应先在实验室试验，是否达到各项指标；必要时，还进行破坏性试验，检验材料性能。,注意如果是一、二个零件失效，可到商店或生产厂家去买。如果是大量生产，但是自己厂没有能力（条件）制造的话可委托其他厂制造（俗称外协加工）。,161,第二节热处理技术条件的标注及工序安排,一、热处理技术条件,设计者根据零件的性能要求，在图纸上标明材料的牌号，并相应的热处理条件，作为热处理操作及检验的依据，一般来讲，在图纸上用硬度作为热处理条件。,如高碳钢一般在56HRC以上，58HRC62HRC；差≯5。中碳钢56HRC以下，34HRC37HRC等。布氏硬度标注时差≯30；如220HBS250HBS；180HBS200HBS等。,另写上相应的调质，淬火，回火，高频淬火等。渗碳零件还标注渗碳层深度、渗碳淬火回火的硬度和渗碳部位等。表面淬火应标注淬硬部位。,二、热处理工序位置安排,162,二、热处理工序位置安排,1、退火（完全退火、球化退火、去应力退火）,在毛坯生产（铸造，锻造，焊接）之后，便于毛坯切削加工。其加工工艺路线如下,毛坯生产（铸造，锻造，焊接）→退火→切削加工,2、正火,在毛坯生产（铸造，锻造，焊接）之后，便于毛坯切削加工。,毛坯生产（铸造，锻造，焊接）→正火→切削加工,3、调质,主要提高综合力学性能；粗加工之后，半精加工或精加工之前。,下料→锻造→正火（退火）→粗加工→调质→精加工。,163,4、淬火、回火,（1）整体零件工艺路线如下,下料→锻造→正火（或退火）→粗加工（半精加工）→淬火高温（或低温）回火→磨削加工。,（2）表面淬火（感应加热表面淬火零件）在调质之后；,下料→锻造→正火（或退火）→粗加工→调质→半精加工→表面淬火低温回火→磨削加工。,5、渗碳，氮化工序目的大大提高表面硬度、耐磨性。特别是受冲击件，如P206汽车齿轮；材料20CrMnTi,补充热处理零件的结构工艺性,1、避免尖角、棱角；防过烧，应力；2、避免厚薄悬殊的截面防变形；裂纹；3、要尽量对称结构防止加热、冷却变形,164,第三节典型零件的选材与工艺路线分析,一、齿轮,1、工作条件（1）整体受冲击力；（2）齿面受接触压力；（3）齿根弯曲力；（4）表面磨损。,2、工作要求（1）表面有足够的硬度、耐磨性；（2）心部有足够的强度、韧性；（3）弯曲疲劳强度要高。,3、选材依据,（1）低速、轻载荷齿轮如机床中不重要的齿轮。选中碳钢45钢或40Cr钢正火处理；低速中等、较大载荷，选45或40Cr调质处理。重载选45、40Cr调质高频表面淬火处理。,165,（2）中速圆周速度610m/s,一般载荷下选45钢、40Cr调质、高频表面淬火处理。比如一般机床中的变速齿轮等。,重载荷下选20Cr、20CrMnTi经渗碳、淬火处理。比如拖拉机驱动齿轮等。,（3）、高速、重载荷、较大冲击选低碳合金钢；如20CrMnTi;20Mn2B渗碳、淬火低回。比如汽车、拖拉机变速齿轮、后桥齿轮；精密机床中的传动齿轮等。,另低速、轻载大齿轮选灰铸铁或球墨铸铁。,无润滑条件下工作，同时受力不大选工程塑料；尼龙；聚碳酸脂。,要求耐磨、速度又小（如手表、仪表齿轮）不锈钢、青铜合金件。,166,举例1、普通车床C6140型的变速箱齿轮；工作条件承受载荷不大，转速中等，工作较平稳，无强烈冲击。性能要求齿面50HRC53HRC；心部220HBS245HBS；要求（1）选何种材料；（2）写出加工工艺路线；（3）说明各热处理工艺的作用。,解1、根据已知条件，选45钢；（因价格较低，而不选40Cr）,2、工艺路线下料→锻造→正火→机械粗加工→调质→精加工→齿面表面淬火→精磨,3、热处理工序作用,正火细化晶粒，调整硬度，消除应力。调质提高综合力学性能，硬度达到心部硬度要求。表面淬火采用高频淬火低回，提高齿面硬度，要求。,167,2、汽车变速箱齿轮（略）请见P206,二、轴类零件见P207,1、工作条件（1）承受载荷传递动力综合力学性能好。（2）交变弯曲应力，扭转应力疲劳强度高。（3）冲击、震动（有时过载）足够的韧性。（4）高速旋转、较大摩擦较高硬度、耐磨性，刚度好。,2、选材依据请看教材P2083、,168,作业习题书P88,169,谢谢,